DE112018007923T5 - Doherty amplifier - Google Patents
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Abstract
Ein Gehäuse (1) enthält einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluss (2, 3), die einander benachbart sind, und einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluss (4, 5), die einander benachbart sind. Innerhalb des Gehäuses (1) sind zwischen dem ersten Eingangsanschluss (2) und dem ersten Ausgangsanschluss (4) eine erste Eingangsanpassungsschaltung (6), eine erste Verzögerungsschaltung (7), eine zweite Eingangsanpassungsschaltung (8), ein erster Verstärker (9) und eine erste Ausgangsanpassungsschaltung (10) sequentiell verbunden. Innerhalb des Gehäuses (1) sind zwischen dem zweiten Eingangsanschluss (3) und dem zweiten Ausgangsanschluss (5) eine dritte Eingangsanpassungsschaltung (11), ein zweiter Verstärker (12), eine zweite Ausgangsanpassungsschaltung (13), eine zweite Verzögerungsschaltung (14) und eine dritte Ausgangsanpassungsschaltung (15) sequentiell verbunden. Außerhalb des Gehäuses (1) sind erste bis vierte Anpassungsschaltungen (16-19) mit dem ersten Eingangsanschluss (2), dem zweiten Eingangsanschluss (3), dem ersten Ausgangsanschluss (4) bzw. dem zweiten Ausgangsanschluss (5) verbunden.A housing (1) contains a first and a second input port (2, 3) which are adjacent to one another, and a first and a second output port (4, 5) which are adjacent to one another. Within the housing (1) between the first input connection (2) and the first output connection (4) are a first input matching circuit (6), a first delay circuit (7), a second input matching circuit (8), a first amplifier (9) and a first output matching circuit (10) sequentially connected. Within the housing (1) between the second input connection (3) and the second output connection (5) are a third input matching circuit (11), a second amplifier (12), a second output matching circuit (13), a second delay circuit (14) and a third output matching circuit (15) sequentially connected. Outside the housing (1), first to fourth matching circuits (16-19) are connected to the first input connection (2), the second input connection (3), the first output connection (4) and the second output connection (5), respectively.
Description
Gebietarea
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Doherty-Verstärker mit zwei Verstärkern in einem Gehäuse.The present disclosure relates to a Doherty amplifier having two amplifiers in one housing.
Hintergrundbackground
In der Mobilkommunikation ist es typischerweise erforderlich, dass ein Übertragungsleistungsverstärker einen hohen Wirkungsgrad und eine geringe Verzerrung aufweist. Ferner wird in den letzten Jahren, um eine Kommunikation mit hoher Geschwindigkeit und großer Kapazität zu unterstützen, ein Modulationswellensignal mit einem hohen PAPR (Peak Average Power Ratio bzw. Spitze-Durchschnitt-Leistungsverhältnis) genutzt. Falls ein Signal mit einem hohem PAPR mit einem Leistungsverstärker verstärkt wird, lässt man, um Verzerrungsstandards zu erfüllen, den Leistungsverstärker bei einer niedrigen durchschnittlichen Ausgangsleistung arbeiten, die erhalten wird, indem ein Back-Off bei einer Sättigungsausgangsleistung vorgesehen wird. Da ein Back-Off-Betrag typischerweise mit einem Wirkungsgrad invers zusammenhängt, kann man in einem Fall, in dem ein hohes PAPR genutzt wird, keinen hohen Wirkungsgrad erwarten. Doherty-Verstärker genannte Verstärker, welche dieses Problem lösen können, werden vorwiegend bei Kommunikations-Basisstationen weithin verwendet.In mobile communications, a transmission power amplifier is typically required to have high efficiency and low distortion. Further, in recent years, in order to support high-speed, large-capacity communication, a modulation wave signal having a high PAPR (Peak Average Power Ratio) has been used. If a signal with a high PAPR is amplified with a power amplifier, in order to meet distortion standards, the power amplifier is allowed to operate at a low average output power obtained by providing a back-off to a saturated output power. Since a back-off amount is typically inversely related to an efficiency, a high efficiency cannot be expected in a case where a high PAPR is used. Amplifiers called Doherty amplifiers, which can solve this problem, are widely used mainly in communication base stations.
Im Doherty-Verstärker sind ein Hauptverstärker, der auf die Klasse AB oder Klasse B vorgespannt ist, und ein Spitzenverstärker, der auf die Klasse C vorgespannt ist, unter Verwendung einer λ/4-Leitung parallel synthetisiert. Die λ/4-Leitung ist an einem Ausgang eines der Verstärker positioniert. Die λ/4-Leitung ist auch an einem Eingang des anderen Verstärkers positioniert. Da die beiden Verstärker in ähnlicher Art und Weise arbeiten und bei Einspeisung eines großen Signals in Phase synthetisiert sind, zeigen sich Charakteristiken, die Charakteristiken eines 2-synthetisierten Verstärkers (engl.: 2-synthesized amplifier) ähnlich sind, und kann eine große Sättigungsausgangsleistung realisiert werden. Bei Einspeisung eines kleinen Signals indes kann, da nur der Hauptverstärker arbeitet und die mit der Ausgangsseite des Hauptverstärkers verbundene λ/4-Leitung als Impedanzinverter fungiert, ein hoher Wirkungsgrad durch eine hohe Lastimpedanz erhalten werden. Daher kann der Doherty-Verstärker in einem weiten Ausgangsleistungsbereich einen hohen Wirkungsgrad realisieren.In the Doherty amplifier, a main amplifier biased to class AB or class B and a peak amplifier biased to class C are synthesized in parallel using a λ / 4 line. The λ / 4 line is positioned at an output of one of the amplifiers. The λ / 4 line is also positioned at an input of the other amplifier. Since the two amplifiers operate in a similar manner and are synthesized in phase when a large signal is input, characteristics similar to the characteristics of a 2-synthesized amplifier are exhibited, and a large saturation output can be realized become. When a small signal is fed in, however, since only the main amplifier works and the λ / 4 line connected to the output side of the main amplifier functions as an impedance inverter, a high degree of efficiency can be obtained through a high load impedance. Therefore, the Doherty amplifier can realize a high efficiency in a wide output power range.
Da der Doherty-Verstärker zwei Verstärker nutzt, ist es wünschenswert, die beiden Verstärker in einem Gehäuse unterzubringen, um eine Größe zu reduzieren. Falls der gesamte Doherty-Verstärker integriert wird, ist es indes schwierig, Charakteristiken fein einzustellen. Deshalb ist es wünschenswert, die beiden Verstärker und nur einen Teil von Anpassungsschaltungen in einem Gehäuse unterzubringen und einen einstellbaren Teil außerhalb des Gehäuses vorzusehen. Eine elektromagnetische Kopplung zwischen benachbarten Eingangsanschlüssen oder zwischen benachbarten Ausgangsanschlüssen beeinflusst jedoch Vorrichtungscharakteristiken. Man geht davon aus, dass dies der Fall ist, da verglichen mit einem Fall, in dem der Doherty-Verstärker mit je zwei Sätzen von Halbleitervorrichtungen aufgebaut ist, worin ein Verstärker in einem Gehäuse untergebracht ist, sowie ein Abstand zwischen Anschlüssen reduziert ist, ein Signal, das zwischen benachbarten Anschlüssen durchgeht, eine Phasendifferenz von 90 Grad aufweist. Obwohl ein Verfahren, bei dem eine elektrische Abschirmung innerhalb eines Gehäuses vorgesehen wird, vorgeschlagen wird, um dieses Problem anzugehen, ist eine Reduzierung der Größe aufgrund einer Größe der elektrischen Abschirmung beschränkt. Ferner wird auch vorgeschlagen, alle Komponenten mit Ausnahme einer Teilungsschaltung und einer Syntheseschaltung des Doherty-Verstärkers in einem Gehäuse unterzubringen (siehe zum Beispiel PTL 1).Since the Doherty amplifier uses two amplifiers, it is desirable to put the two amplifiers in one case in order to reduce a size. If the entire Doherty amplifier is integrated, however, it is difficult to fine-tune characteristics. It is therefore desirable to accommodate the two amplifiers and only part of the matching circuits in one housing and to provide an adjustable part outside the housing. However, electromagnetic coupling between adjacent input ports or between adjacent output ports affects device characteristics. This is considered to be the case as compared with a case where the Doherty amplifier is constructed with two sets of semiconductor devices in which an amplifier is housed in a case and a distance between terminals is reduced Signal passing between adjacent terminals has a phase difference of 90 degrees. Although a method in which an electrical shield is provided inside a case is proposed to address this problem, a reduction in size due to a size of the electrical shield is limited. It is also proposed that all components with the exception of a dividing circuit and a synthesis circuit of the Doherty amplifier be accommodated in one housing (see, for example, PTL 1).
ZitatlisteList of quotes
PatentliteraturPatent literature
[PTL 1]
ZusammenfassungSummary
Technisches ProblemTechnical problem
Obwohl es möglich ist, eine elektromagnetische Kopplung zu unterdrücken, indem alle Komponenten mit Ausnahme einer Teilungsschaltung und einer Syntheseschaltung in einem Gehäuse untergebracht werden, besteht ein Problem, dass es schwierig ist, Charakteristiken wie oben beschrieben fein einzustellen.Although it is possible to suppress electromagnetic coupling by housing all components except a dividing circuit and a synthesis circuit in one case, there is a problem that it is difficult to fine-tune characteristics as described above.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das Problem wie oben beschrieben zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Doherty-Verstärker zu erhalten, der ermöglicht, dass eine feine Einstellung von Charakteristiken leicht durchgeführt wird, während eine elektromagnetische Kopplung unterdrückt wird.The present invention has been made to solve the problem as described above, and an object of the present invention is to obtain a Doherty amplifier which enables fine adjustment of characteristics to be easily performed while suppressing electromagnetic coupling .
Lösung für das ProblemSolution to the problem
Ein Doherty-Verstärker gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst: ein Gehäuse, das einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluss, die einander benachbart sind, und einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluss, die einander benachbart sind, enthält; eine erste Eingangsanpassungsschaltung, eine erste Verzögerungsschaltung, eine zweite Eingangsanpassungsschaltung, einen ersten Verstärker und eine erste Ausgangsanpassungsschaltung, die zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss sequentiell verbunden sind, innerhalb des Gehäuses; eine dritte Eingangsanpassungsschaltung, einen zweiten Verstärker, eine zweite Ausgangsanpassungsschaltung, eine zweite Verzögerungsschaltung und eine dritte Ausgangsanpassungsschaltung, die zwischen dem zweiten Eingangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss sequentiell verbunden sind, innerhalb des Gehäuses; erste bis vierte Anpassungsschaltungen, die mit dem ersten Eingangsanschluss, dem zweiten Eingangsanschluss, dem ersten Ausgangsanschluss bzw. den zweiten Ausgangsanschluss verbunden sind, außerhalb des Gehäuses; eine Teilungsschaltung, die außerhalb des Gehäuses vorgesehen ist, die ein Eingangssignal in zwei Signale gleich teilt und die beiden Signale über die erste und die zweite Anpassungsschaltung in den ersten bzw. den zweiten Eingangsanschluss einspeist; und eine Syntheseschaltung, die außerhalb des Gehäuses vorgesehen ist und von dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss über die dritte und die vierte Anpassungsschaltung eingespeiste Signale in ein Signal synthetisiert.A Doherty amplifier according to the present disclosure includes: a housing having first and second input terminals that are adjacent to each other and first and second output terminals that are are adjacent to each other contains; a first input matching circuit, a first delay circuit, a second input matching circuit, a first amplifier, and a first output matching circuit sequentially connected between the first input terminal and the first output terminal within the housing; a third input matching circuit, a second amplifier, a second output matching circuit, a second delay circuit, and a third output matching circuit sequentially connected between the second input terminal and the second output terminal within the housing; first to fourth matching circuits connected to the first input terminal, the second input terminal, the first output terminal and the second output terminal, respectively, outside the housing; a dividing circuit which is provided outside the housing, divides an input signal equally into two signals and feeds the two signals to the first and second input terminals via the first and second matching circuits, respectively; and a synthesis circuit provided outside the case and synthesizes signals input from the first and second output terminals through the third and fourth matching circuits into a signal.
Vorteilhafte Effekte der ErfindungAdvantageous Effects of the Invention
Da die Verzögerungsschaltungen in das Gehäuse integriert sind, ist es in der vorliegenden Offenbarung möglich, Phasen zwischen den Eingangsanschlüssen und zwischen Ausgangsanschlüssen gleich einzurichten. Auf diese Weise ist es möglich, eine bei einem kleinen Gehäuse auftretende elektromagnetische Kopplung zu unterdrücken. Ferner ist es möglich, Charakteristiken des Doherty-Verstärkers an den Anpassungsschaltungen außerhalb des Gehäuses leicht fein einzustellen.In the present disclosure, since the delay circuits are integrated into the housing, it is possible to establish phases between the input terminals and between output terminals to be the same. In this way, it is possible to suppress electromagnetic coupling occurring in a small case. Furthermore, it is possible to easily fine-tune characteristics of the Doherty amplifier on the matching circuits outside the housing.
FigurenlisteFigure list
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1 ist eine Ansicht, die einen Doherty-Verstärker gemäß einer Ausführungsform 1 veranschaulicht.1 FIG. 13 is a view illustrating a Doherty amplifier according to Embodiment 1. FIG. -
2 ist eine Draufsicht, die ein Gehäuse eines Doherty-Verstärkers gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht.2 FIG. 13 is a plan view illustrating a package of a Doherty amplifier according to Embodiment 1. FIG. -
3 ist ein Querschnittsdiagramm, das das Gehäuse des Doherty-Verstärkers gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht.3 FIG. 13 is a cross-sectional diagram illustrating the housing of the Doherty amplifier according toEmbodiment 1. FIG. -
4 ist eine Ansicht, die eine Impedanztransformation einer Ausgangsanpassungsschaltung des zweiten Verstärkers gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht.4th FIG. 13 is a view illustrating impedance transformation of an output matching circuit of the second amplifier according toEmbodiment 1. FIG. -
5 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen Doherty-Verstärker gemäß dem Vergleichsbeispiel veranschaulicht.5 Fig. 13 is a circuit diagram illustrating a Doherty amplifier according to the comparative example. -
6 ist eine Ansicht, die ein Berechnungsergebnis eines Drain-Wirkungsgrads des Doherty-Verstärkers gemäß dem Vergleichsbeispiel veranschaulicht.6th Fig. 13 is a view illustrating a calculation result of a drain efficiency of the Doherty amplifier according to the comparative example. -
7 ist eine Ansicht, die ein Berechnungsergebnis einer Verstärkung des Doherty-Verstärkers gemäß dem Vergleichsbeispiel veranschaulicht.7th Fig. 13 is a view illustrating a calculation result of a gain of the Doherty amplifier according to the comparative example. -
8 ist eine Ansicht, die ein Berechnungsergebnis eines Drain-Wirkungsgrads des Doherty-Verstärkers gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht.8th FIG. 12 is a view illustrating a calculation result of a drain efficiency of the Doherty amplifier according toEmbodiment 1. FIG. -
9 ist eine Ansicht, die ein Berechnungsergebnis einer Verstärkung des Doherty-Verstärkers gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht.9 FIG. 12 is a view illustrating a calculation result of a gain of the Doherty amplifier according toEmbodiment 1. FIG. -
10 ist eine Ansicht, die ein Ergebnis veranschaulicht, das erhalten wird, indem ein Einfluss des Abstands zwischen Anschlüssen in Bezug auf die Sättigungsausgangsleistung berechnet wird.10 Fig. 13 is a view illustrating a result obtained by calculating an influence of the distance between terminals on the saturation output. -
11 ist eine Ansicht, die ein Ergebnis veranschaulicht, das erhalten wird, indem eine Sättigungsausgangsleistung des Doherty-Verstärkers gemäß der Ausführungsform 1 berechnet wird, während die elektrische Länge der Verzögerungsschaltung geändert wird.11 Fig. 13 is a view illustrating a result obtained by calculating a saturation output of the Doherty amplifier according toEmbodiment 1 while changing the electrical length of the delay circuit. -
12 ist ein Ersatzschaltbild, das das Innere eines Gehäuses eines Doherty-Verstärkers gemäß einer Ausführungsform 2 veranschaulicht.12th FIG. 13 is an equivalent circuit diagram illustrating the inside of a case of a Doherty amplifier according toEmbodiment 2. FIG. -
13 ist eine Draufsicht, die ein Layout innerhalb des Gehäuses des Doherty-Verstärkers gemäß der Ausführungsform 2 veranschaulicht.13th FIG. 13 is a plan view illustrating a layout inside the case of the Doherty amplifier according to Embodiment 2. FIG. -
14 ist eine Ansicht, die eine Impedanztransformation einer Ausgangsanpassungsschaltung eines zweiten Verstärkers gemäß der Ausführungsform 2 veranschaulicht.14th FIG. 13 is a view illustrating impedance transformation of an output matching circuit of a second amplifier according toEmbodiment 2. FIG. -
15 ist eine Ansicht, die einen Doherty-Verstärker gemäß einer Ausführungsform 3 veranschaulicht.15th FIG. 13 is a view illustrating a Doherty amplifier according to Embodiment 3. FIG. -
16 ist ein Ersatzschaltbild, das das Innere des Gehäuses des Doherty-Verstärkers gemäß der Ausführungsform 3 veranschaulicht.16 FIG. 13 is an equivalent circuit diagram illustrating the inside of the case of the Doherty amplifier according toEmbodiment 3. FIG. -
17 ist eine Ansicht, die eine Impedanztransformation der Ausgangsanpassungsschaltung des ersten Verstärkers gemäß der Ausführungsform 3 veranschaulicht.17th FIG. 13 is a view illustrating impedance transformation of the output matching circuit of the first amplifier according toEmbodiment 3. FIG. -
18 ist eine Ansicht, die eine Impedanztransformation der Ausgangsanpassungsschaltung des zweiten Verstärkers gemäß der Ausführungsform 3 veranschaulicht.18th FIG. 13 is a view illustrating impedance transformation of the output matching circuit of the second amplifier according toEmbodiment 3. FIG.
Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments
Ein Doherty-Verstärker gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die gleichen Komponenten werden mit den gleichen Symbolen bezeichnet, und deren wiederholte Beschreibung kann unterlassen werden.A Doherty amplifier according to the embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. The same components are denoted by the same symbols, and their repeated description can be omitted.
Ausführungsform 1
Innerhalb des Gehäuses
Der erste Verstärker
Außerhalb des Gehäuses
Außerhalb des Gehäuses
Die Syntheseschaltung
Schaltungen innerhalb des Gehäuses
Die ersten bis dritten Eingangsanpassungsschaltungen
Eine Impedanz einer Eingangsseite, von einem Ausgangsende der ersten Eingangsanpassungsschaltung
Eine Anpassungsschaltung vom Drain des ersten Verstärkers
Anschließend werden Effekte der vorliegenden Ausführungsform im Vergleich mit einem Vergleichsbeispiel beschrieben.
Wie oben beschrieben wurde, ist es in der vorliegenden Ausführungsform, da die Verzögerungsschaltungen in das Gehäuse integriert sind, möglich, Phasen zwischen den Eingangsanschlüssen und zwischen Ausgangsanschlüssen des Gehäuses gleich einzurichten. Auf diese Weise ist es möglich, eine bei einem kleinen Gehäuse auftretende elektromagnetische Kopplung zu unterdrücken. Ferner ist es möglich, Charakteristiken des Doherty-Verstärkers an den Anpassungsschaltungen außerhalb des Gehäuses leicht fein einzustellen.As described above, in the present embodiment, since the delay circuits are incorporated in the package, it is possible to make phases between the input terminals and between output terminals of the package equal. In this way, it is possible to suppress electromagnetic coupling occurring in a small case. Furthermore, it is possible to easily fine-tune characteristics of the Doherty amplifier on the matching circuits outside the housing.
Ausführungsform 2
Eine Schaltung vom T-Typ, mit der der Kondensator
Während in der Ausführungsform 1 die erste Verzögerungsschaltung
Ausführungsform 3
Eine elektrische Länge vom ersten Eingangsanschluss
Eine elektrische Länge vom zweiten Verstärker
Die zweite Ausgangsanpassungsschaltung
Während die erste Verzögerungsschaltung
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- [0039] 11
- Gehäuse;Casing;
- 22
- erster Eingangsanschluss;first input port;
- 33
- zweiter Eingangsanschluss;second input port;
- 44th
- erster Ausgangsanschluss;first output terminal;
- 55
- zweiter Ausgangsanschluss;second output port;
- 66th
- erste Eingangsanpassungsschaltung;first input matching circuit;
- 77th
- erste Verzögerungsschaltung;first delay circuit;
- 88th
- zweite Eingangsanpassungsschaltung;second input matching circuit;
- 99
- erster Verstärker;first amplifier;
- 1010
- erste Ausgangsanpassungsschaltung;first output matching circuit;
- 1111
- dritte Eingangsanpassungsschaltung;third input matching circuit;
- 1212th
- zweiter Verstärker;second amplifier;
- 1313th
- zweite Ausgangsanpassungsschaltung;second output matching circuit;
- 1414th
- zweite Verzögerungsschaltung;second delay circuit;
- 1515th
- dritte Ausgangsanpassungsschaltung;third output matching circuit;
- 1616
- erste Anpassungsschaltung;first matching circuit;
- 1717th
- zweite Anpassungsschaltung;second matching circuit;
- 1818th
- dritte Anpassungsschaltung;third matching circuit;
- 1919th
- vierte Anpassungsschaltung;fourth matching circuit;
- 2020th
- Teilungsschaltung;Dividing circuit;
- 2121
- Syntheseschaltung;Synthesis circuit;
- 29, 30, 35, 3629, 30, 35, 36
- Induktor;Inductor;
- 37, 4037, 40
- Kondensator;Capacitor;
- 4141
- erste Eingangsanpassungsschaltung;first input matching circuit;
- 4242
- erste Ausgangsanpassungsschaltung;first output matching circuit;
- 4343
- zweite Eingangsanpassungsschaltung;second input matching circuit;
- 4444
- zweite Ausgangsanpassungsschaltungsecond output matching circuit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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